工業(yè)黃酒生產(chǎn)中酒母發(fā)酵自動溫控的研究與應用

夏杭鋒，孫國偉，韓偉星，倪夏紅（會稽山紹興酒股份有限公司，浙江紹興312030）

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工業(yè)黃酒生產(chǎn)中酒母發(fā)酵自動溫控的研究與應用

夏杭鋒，孫國偉，韓偉星，倪夏紅
（會稽山紹興酒股份有限公司，浙江紹興312030）

摘要：目前工業(yè)黃酒生產(chǎn)中酒母發(fā)酵溫控多為手動操作，存在溫度波動大、批次穩(wěn)定性差等問題。利用DCS控制系統(tǒng)，模擬人工溫控方式，實現(xiàn)自動溫控?，F(xiàn)場實驗結(jié)果表明，該方式運行穩(wěn)定，不僅滿足生產(chǎn)工藝要求，還改善了控制效果。

關(guān)鍵詞：黃酒；酒母發(fā)酵；自動溫控

優(yōu)先數(shù)字出版時間：2016-03-23；地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/52.1051.TS.20160323.1533.007.html。

在工業(yè)黃酒的生產(chǎn)中，酒母質(zhì)量的好壞對黃酒發(fā)酵和成品質(zhì)量有較大的影響，而酒母制備工藝中，酒母溫度控制對酒母質(zhì)量影響較大。酒母溫控存在諸多難點：①酒母品溫反饋延遲，酒母發(fā)酵罐體積較大，溫度傳感器反饋溫度延遲大；②酒母發(fā)酵罐內(nèi)固液混合，溫度分布不均；③酒母品溫變化無明確參考模型，發(fā)酵溫度參數(shù)的變化過程可以簡單概括為一個升溫和一個降溫。升溫的熱量來自于本身發(fā)酵產(chǎn)生的溫度，但是要控制這種溫度的上升，不能過快，并維持在某一設定水平；降溫主要是發(fā)酵后期熱量減少，但也需要冷凝水穿過夾套進行降溫。溫度下降后的液態(tài)酒產(chǎn)生的熱量也發(fā)生變化，這種溫度的時變性不利于控制［1］；④其他如冷媒供給等工況條件。目前酒母發(fā)酵控制基本以人工手動操作為主，操作方式多為分階段進冷卻水，并實時觀測品溫。也有部分黃酒發(fā)酵溫控研究［2］適用于酒母溫控，但其輸出對冷媒的控制也多為調(diào)節(jié)閥，系統(tǒng)計算復雜、靈活度較低、設備成本較高。鑒于酒母溫控的復雜工況，本文簡化溫度控制，模擬人工操作，實驗后成功應用。

1方案設計

設計最適發(fā)酵溫度曲線，根據(jù)手動溫控經(jīng)驗，模擬人工操作，當發(fā)酵罐內(nèi)物料實時品溫高于對應最適發(fā)酵溫度時，開啟冷媒閥冷卻，冷卻后關(guān)閉冷媒閥緩沖一段時間再比對品溫，進一步調(diào)整，使溫度波動控制在合理范圍。

1.1最適發(fā)酵溫度曲線設計

考慮到實際工況復雜及系統(tǒng)計算負荷，發(fā)酵溫度曲線簡化設計為升溫段為曲線，降溫段按時間間隔（接近開耙時間間隔）為斜線。升溫段曲線：

式中：TRT為最適發(fā)酵溫度；TT為發(fā)酵時間；TP1為起始溫度。

降溫階段曲線：

式中：TRT為實時目標溫度；TT為發(fā)酵時間；TPA為階段起始溫度；TPB為階段結(jié)束溫度；TTg為階段跨度時間。各階段溫度、跨度時間可自行設置，以適應不同季節(jié)溫控和根據(jù)化驗指標適當微調(diào)。表1為發(fā)酵前四階段的參數(shù)設置表，前一階段的結(jié)束溫度即為下一階段的起始溫度。圖1為某次發(fā)酵的最適發(fā)酵溫度曲線。

1.2控制設計

落罐后實時比對罐內(nèi)物料品溫與最適發(fā)酵溫度曲線，當溫度過高時，開啟冷媒閥冷卻，到達冷卻時間后關(guān)閉冷媒閥進入停滯時間，停滯時間結(jié)束后進入下一輪品溫比對。圖2為溫度比對與執(zhí)行的流程圖。

表1發(fā)酵部分參數(shù)設置表

圖1某次發(fā)酵的最適發(fā)酵溫度曲線

圖2部分溫控流程圖

冷卻時間（TC）：設置基準時間根據(jù)酵母品種、物料配比和糖酒酸指標實時結(jié)果等主要因素人為調(diào)整，并可根據(jù)最適發(fā)酵溫度與實時溫度差、冷媒能力、發(fā)酵時間階段等次要因素自動微調(diào)。冷卻時間計算為：

式中：TC為冷卻時間；TS為基準時間；TST為實時溫度；TRT為最適發(fā)酵溫度，且TC限幅為小于TS的3倍。

1.3實驗方法

1.3.1軟硬條件

實驗在會稽山紹興酒股份有限公司釀造二廠酒母擴培進行?？刂葡到y(tǒng)采用浙江中控系統(tǒng)工程有限公司的G5（DCS）系統(tǒng)，上位機人機界面采用VxSCADA編寫，下位機采用GCSContrix編寫。酒母發(fā)酵罐容積2.6m3，垂直距罐底0.8m和1.6m罐壁各有1支鉑電阻溫度計，使用單氣動角閥作啟停冷媒控制。

1.3.2工藝流程與方法

酵母菌擴大培養(yǎng)程序［3］：

原菌→麥芽汁小試管→固體斜面試管→液體大試管→三角瓶酒母→大罐酒母。

酒母制作工藝：

浸米→淋漿→蒸飯→投料（米飯、麥曲、水、酵母）→開耙發(fā)酵→成品酒母。

1.4結(jié)果測定

實驗每批投料6罐酒母，其中1罐采用自動溫控作實驗，5罐采用手動溫控作對照。落罐溫度均控制在31℃左右，落罐后45h左右取樣測總糖、酒精度和總酸。

1.4.1酒精度的測定

參照GB/T 13662—2008《黃酒》［4］中酒精度的測定。

1.4.2總酸的測定

參照GB/T 13662—2008《黃酒》中總酸測定。

1.4.3酵母數(shù)的測定

參照《會稽山紹興酒股份有限公司檢驗規(guī)程》［5］中酵母數(shù)的測定。

1.4.4酵母出芽率的測定

參照《會稽山紹興酒股份有限公司檢驗規(guī)程》中出芽率的測定。

2結(jié)果與分析

2.1溫控結(jié)果與分析

實驗為期4周，共計投料25批。在升溫階段，實驗罐溫度控制明顯優(yōu)于對照罐溫度控制，品溫受開耙影響也較小。落罐后6～8h期間實驗罐與對照罐溫度波動均較大，主要因素為氣泡大量產(chǎn)生，麥曲、米飯等上浮形成“酒帽”。8h后發(fā)酵旺盛，溫度上升迅速，實驗罐溫度接近最適發(fā)酵溫度，對照罐普遍溫度偏差較大。13h開頭耙，實驗罐耙前后溫差較小，對照罐普遍溫差在0.5℃以上，分析原因為人工降溫傾向次數(shù)少、長時間進冷媒，是導致罐壁物料溫度過低，受開耙影響物料混合后的品溫突然下降。圖3為某次升溫階段各罐發(fā)酵溫度曲線。

在降溫階段，實驗罐溫度波動小。對照罐溫度前期波動較小，后期波動普遍大于實驗罐，最大時接近1℃。

表2實驗化驗指標數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

圖3某次升溫階段各罐發(fā)酵溫度曲線

圖4為同批次的降溫階段溫度曲線。

圖4某次降溫階段各罐發(fā)酵溫度曲線

綜合實驗期內(nèi)溫控情況，自動溫控明顯優(yōu)于人工溫控。

2.2化驗結(jié)果與分析

酒母使用質(zhì)量工藝標準：酒精含量高于8.5 g/mL、酸度低于4.8 g/mL、酵母數(shù)高于0.9億/mL、出芽率高于8%為良品。實驗罐良品罐數(shù)25罐，良品率為100%；對照罐良品罐數(shù)107罐，良品率為85.6%。表2為良品實驗罐與對照罐指標數(shù)據(jù)統(tǒng)計，從中可看出指標基本一致，符合工藝標準。除出芽率標準偏差實驗罐略高于對照罐外，其余均低于對照罐，可見自動溫控對酒母質(zhì)量穩(wěn)定也有一定促進。

3　結(jié)論

通過實際生產(chǎn)實驗，自動溫控優(yōu)于手動控制，且酒母化驗指標符合工藝要求，能滿足工業(yè)生產(chǎn)要求，同時能有效減少人工成本、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，具有推廣應用價值。因為黃酒前發(fā)酵與酒母發(fā)酵機理一致且工況類似，所以本設計方案也適用于黃酒溫控。

參考文獻：

［1］梅光晴.清酒發(fā)酵監(jiān)控系統(tǒng)及其過程優(yōu)化的研究［D］.無錫：江南大學，2014.

［2］劉登峰.黃酒發(fā)酵過程的建模與優(yōu)化［D］.無錫：江南大學，2014.

［3］徐國強，陳樹，熊偉麗，等.黃酒前酵自控系統(tǒng)的研究與應用［J］.自動化儀表，2011，32（6）：31-37.

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［5］全國食品工業(yè)標準化技術(shù)委員會釀酒分技術(shù)委員會.黃酒：GB/T 13662—2008［S］.北京：中國標準出版社，2009.

［6］會稽山紹興酒股份有限公司.會稽山紹興酒股份有限公司檢驗規(guī)程：KJS/ZY—04（B版）［S］.紹興：會稽山紹興酒股份有限公司，2014.

Research on and Application of Automatic Temperature Control for Yeast Mash Fermentation in Yellow Rice Wine Production

XIAHangfeng，SUN Guowei，HAN Weixing and NI Xiahong
（Kuaijishan Shaoxing Wine Co.Ltd.，Shaoxing，Zhejiang 312030，China）

Abstract:At present，manual operation is the main approach in temperature control for yeast mash fermentation in yellow rice wine production，and it has the disadvantages including large temperature undulation and poor stability in production batches etc.We made use of DCS control system and simulated manual temperature control mode and finally achieved automatic temperature control.Field experimental results demonstrated that such mode operated stably and it could not only meet production requirements but also improve temperature control effects.

Key words:yellow rice wine；yeast mash fermentation；automatic temperature control

中圖分類號：TS262.4；TS261.4

文獻標識碼：A

文章編號：1001-9286（2016）06-0088-03

DOI：10.13746/j.njkj.2016012

收稿日期：2016-01-18